Ko jauninājums sniedz CERN
Sešus gadus pēc atklāšanas Higsa bozons apstiprina prognozi. Drīzumā lielā hadronu paātrinātāja jauninājums ļaus CERN zinātniekiem ražot vairāk šo daļiņu, lai pārbaudītu fizikas standarta modeli.
ATLAS kandidāta notikums Higsa bozonam (H), kas sadalās līdz diviem grunts kvarkiem (b), saistībā ar W bozonu, kas sadalās par mūonu (μ) un neitrīno (ν). (Attēls: ATLAS/CERN) Raksta Rašmi Ranivala un Sudhirs Ranivala
julie anne san hose augstums
Sešus gadus pēc Higsa bozona atklāšanas CERN lielajā hadronu paātrinātājā (LHC), daļiņu fiziķi pagājušajā nedēļā paziņoja, ka ir novērojuši, kā nenotveramā daļiņa sadalās. Atklājums, ko sniedza ATLAS un CMS sadarbība, novēroja Higsa bozona sadalīšanos līdz pamatdaļiņām, kas pazīstamas kā grunts kvarki.
2012. gadā Nobela balvas ieguvušais Higsa bozona atklājums apstiprināja fizikas standarta modeli, kas arī paredz, ka aptuveni 60% gadījumu Higsa bozons sadalīsies līdz grunts kvarku pārim. Saskaņā ar CERN teikto, šīs prognozes pārbaude ir ļoti svarīga, jo rezultāts vai nu atbalstīs standarta modeli, kura pamatā ir ideja, ka Higsa lauks piešķir kvarkiem un citām fundamentālām daļiņām masu, vai arī satricinās tā pamatus un norādīs uz jaunu fiziku.
Higsa bozons tika atklāts, pētot dažādu enerģiju daļiņu sadursmes. Bet tie darbojas tikai vienu zeptosekundi, kas ir 0,000000000000000000001 sekundi, tāpēc to īpašību noteikšanai un izpētei ir nepieciešams neticami daudz enerģijas un uzlaboti detektori. CERN šā gada sākumā paziņoja, ka tiek veikts masveida jauninājums, kas tiks pabeigts līdz 2026.
Kāpēc pētīt daļiņas?
Daļiņu fizika pēta dabu ārkārtējos mērogos, lai izprastu matērijas pamatsastāvdaļas. Tāpat kā gramatika un vārdu krājums vada (un ierobežo) mūsu saziņu, daļiņas sazinās viena ar otru saskaņā ar noteiktiem noteikumiem, kas ir iestrādāti tā dēvētajās “četrās pamata mijiedarbībās”. Daļiņas un trīs no šīm mijiedarbībām ir veiksmīgi aprakstītas ar vienotu pieeju, kas pazīstama kā standarta modelis. SM ir sistēma, kurai bija nepieciešama daļiņa, ko sauc par Higsa bozonu, un viens no galvenajiem LHC mērķiem bija meklēt Higsa bozonu.
Kā tiek pētītas tik sīkas daļiņas?
Protoni tiek savākti saišķos, paātrināti līdz gandrīz gaismas ātrumam un sadursmei. Daudzas daļiņas rodas no šādas sadursmes, ko sauc par notikumu. Parādītajām daļiņām ir šķietami nejaušs modelis, bet tās ievēro pamatā esošos likumus, kas regulē daļu to uzvedības. Šo daļiņu emisijas modeļu izpēte palīdz mums izprast daļiņu īpašības un struktūru.
Sākotnēji LHC nodrošināja sadursmes ar nepieredzētu enerģiju, ļaujot mums koncentrēties uz jaunu teritoriju izpēti. Bet tagad ir laiks palielināt LHC atklāšanas potenciālu, reģistrējot lielāku notikumu skaitu.
(Avots: CERN) Tātad, ko nozīmē jauninājums?
Pēc Higsa bozona atklāšanas obligāti jāizpēta jaunatklātās daļiņas īpašības un tās ietekme uz visām pārējām daļiņām. Tam nepieciešams liels skaits Higsa bozonu. SM ir savi trūkumi, un ir alternatīvi modeļi, kas aizpilda šīs nepilnības. Šo un citu modeļu, kas nodrošina alternatīvu SM, derīgumu var pārbaudīt, eksperimentējot, lai pārbaudītu to prognozes. Dažas no šīm prognozēm, tostarp signāli par tumšo matēriju, supersimetriskām daļiņām un citiem dziļiem dabas noslēpumiem, ir ļoti reti, un tāpēc tos ir grūti novērot, tādēļ ir nepieciešams augstas gaismas stipruma LHC (HL-LHC).
Iedomājieties, ka mēģināt atrast retu dimanta šķirni starp ļoti daudziem šķietami līdzīga izskata gabaliem. Laiks, kas nepieciešams, lai atrastu kāroto dimantu, būs atkarīgs no gabalu skaita, kas tiek nodrošināts pārbaudes laika vienībā, un laika, kas nepieciešams pārbaudei. Lai ātrāk izpildītu šo uzdevumu, mums jāpalielina piegādāto gabalu skaits un ātrāk jāpārbauda. Šajā procesā var tikt atklāti daži jauni dimanta gabali, kas līdz šim nav novēroti un nezināmi, mainot mūsu skatījumu uz retajām dimantu šķirnēm.
Pēc jaunināšanas palielināsies sadursmju biežums un līdz ar to arī vairuma retu notikumu iespējamība. Turklāt, lai noteiktu Higsa bozona īpašības, būs nepieciešams to bagātīgs krājums. Pēc jaunināšanas kopējais vienā gadā saražoto Higsa bozonu skaits var būt aptuveni 5 reizes lielāks par pašlaik saražoto skaitu; un tajā pašā laikā kopējie reģistrētie dati var būt vairāk nekā 20 reizes.
Ar ierosināto HL-LHC spilgtumu (protonu skaita, kas šķērso laukuma vienību laika vienībā) eksperimenti varēs ierakstīt aptuveni 25 reizes vairāk datu tajā pašā laika posmā kā LHC darbībai. LHC staram ir aptuveni 2800 ķekaru, no kuriem katrs satur aptuveni 115 miljardus protonu. HL-LHC katrā saitā būs aptuveni 170 miljardi protonu, kas veicinās spilgtuma palielināšanos par koeficientu 1,5.
Kā tas tiks jaunināts?
Protoni tiek turēti kopā ķekarā, izmantojot īpašus spēcīgus magnētiskos laukus, kas izveidoti, izmantojot kvadrupola magnētus. Lai ķekaru fokusētu mazākā izmērā, ir nepieciešami spēcīgāki lauki un līdz ar to lielākas strāvas, tādēļ ir jāizmanto supravadoši kabeļi. Tiks izmantotas jaunākas tehnoloģijas un jauns materiāls (niobija alva), lai radītu nepieciešamos spēcīgus magnētiskos laukus, kas 1,5 reizes pārsniedz pašreizējos laukus (8-12 teslas).
Tiek pārbaudīta garo spoļu izveide šādiem laukiem. Divu galveno eksperimentu (ATLAS un CMS) tuvumā 1,2 km garumā no 27 km garā LHC gredzena tiks uzstādīts jauns aprīkojums, lai fokusētu un saspiestu ķekarus tieši pirms to krustošanās.
Strāvas pārveidotāju pieslēgšanai akseleratoram tiks izmantoti simts metrus gari supravadoša materiāla kabeļi (supravadošās saites) ar jaudu līdz 100 000 ampēriem. LHC iegūst protonus no akseleratora ķēdes, kas arī būs jāmodernizē, lai tā atbilstu augsta spilgtuma prasībām.
Tā kā katra ķekara garums ir daži cm, lai palielinātu sadursmju skaitu, ķekaros tiek radīts neliels slīpums tieši pirms sadursmēm, lai palielinātu efektīvo pārklāšanās laukumu. Tas tiek darīts, izmantojot 'krabju dobumus'.
Eksperimentālās daļiņu fizikas kopiena Indijā ir aktīvi piedalījusies eksperimentos ALICE un CMS. Arī HL-LHC būs nepieciešams jauninājums. Indijas zinātnieku nozīmīgs ieguldījums būs gan jauno detektoru projektēšana, gan izgatavošana, gan sekojošā datu analīze.
moxie marlinspike neto vērtība
Dalieties Ar Draugiem:
